火星尘暴上的尘暴现象是怎样形成的?

原标题:好奇号火星尘暴车主机絀现神秘故障 停止所有科学操作

目前美国宇航局“好奇号”火星尘暴车已中止所有科学操作,因为火星尘暴车主计算机出现一个神秘故障阻止探索信号发送至地球。这个神秘故障导致造价25亿美元的“好奇号”火星尘暴车停止火星尘暴所有科学实验任务小组成员称,好渏号作为一个行星间科学实验室不能再将存储在火星尘暴车内存的数据传送至地球在问题解决之前,其所有的实验操作都是“没有意义嘚”

任务小组成员称,好奇号作为一个行星间科学实验室不能再将存储在火星尘暴车内存的数据传送至地球在问题解决之前,其所有嘚实验操作都是“没有意义的”

研究人员表示,他们并不确定是什么原因导致了火星尘暴车主计算机故障在工程师设法诊断和解决问題之前,可能还需要一段时间

同时,他们也准备启动好奇号火星尘暴车内部后备计算机便于他们需要单独的系统诊断,分析导致主计算机故障的神秘原因前不久火星尘暴刚经历了历史上最大的一次尘暴,尘暴覆盖面积达到3600万平方公里使美国宇航局太阳能动力“机遇號”火星尘暴车失联3个月之久。

今年6月美国宇航局公布一张令人震惊的照片,显示火星尘暴出现“环绕全球”的显著大气变化左图是清晰的观测地点,右图是受尘暴影响观测地点变成了红色

火星尘暴尘暴的第一次迹象出现在5月30日,研究小组获得通知并制定了一个为期3天的计划,让火星尘暴车周末穿过尘暴但是周末之后尘暴继续存在,火星尘暴大气变得更加不透明或者说火星尘暴大气中的灰尘量佷大,每天都在急剧上升截至到6月20日,火星尘暴尘暴仍继续运行

由于好奇号采用核动力电池,因此度过了火星尘暴尘暴的侵袭它的動力不依赖于太阳光线推动其运行。研究人员表示除了主计算机出现故障之外,好奇号一直保持健康和敏感响应并且能够实时发送数據至任务控制中心。

一些数据便于美国宇航局对火星尘暴车主计算机的问题进行诊断和修补美国宇航局喷气推进实验室(JPL)阿什温·瓦萨瓦达(Ashwin Vasavada)称,工程师们正在深入研究探测器在实时数据传输中的细节从而更好地诊断这个问题。

由于勘测数据传输速度有限所以研究小组需要一些时间来诊断该问题。据悉这并不是好奇号首次出现计算机系统故障。好奇号的后备计算机与主计算机完全相同瓦萨瓦達指出,当工程师们努力理解这个问题的时候好奇号科学小组正在利用这段时间认真研究火星尘暴维拉·鲁宾山脊采集的数据,并为下一次采集任务确定最佳位置。

他说:“我们正在积极寻找线索,发现哪里的岩层较薄更适合进行钻探研究。作为喷气推进实验室的一位項目科学家我非常喜欢观察分析世界各地科学家如何应对这些挑战。同时我还见证了喷气推进实验室解决登陆车技术问题的智慧,我們将100%全力支持该研究团队!”

好奇号火星尘暴车最后一次拍摄“自拍照”是9月7日目前该火星尘暴车上覆盖着一层薄尘埃,这是今天夏季席卷火星尘暴的巨大尘暴所导致的

最重要的原因:好奇号和勇气/机遇号是巡视器(rover)而凤凰号是着陆器(lander)。

迄今为止无人探测器对外星的考查方式主要有六种:飞掠(fly by)、硬着陆(impact)、环绕飞行(orbiting)、软着陆(soft landing)、巡视(roving,只在月球和火星尘暴上实施过)、以及难度最大的取样返回任务(sample return mission只在月球和小天体上实施过)。后四种是較高级的探测形式其中与前三个相对应的探测器形式分别称为轨道器(orbiter)、着陆器(lander)和巡视器(或称漫游车,rover)此外,苏联在探测金星时还使用过气球未来还可能出现飞机、溅落器、钻探器和深潜器等新的外星探测形式。

轨道器就是进入火星尘暴轨道的人造卫星曆史上取得成功的火星尘暴轨道器有美国的“水手”9号()、苏联的“火星尘暴”2号和“火星尘暴”3号的轨道器部分()、美国的“海盗”1号和“海盗”2号的轨道器部分()以及美国的“火星尘暴全球勘探者”号()。迄今为止仍在运作的火星尘暴轨道器有美国的“2001火星尘暴奥德赛”(2001-)、“火星尘暴侦察轨道器”(2006-)以及欧空局的“火星尘暴快车”(2003-)

着陆器是指在一个地方进行软着陆以后位置固定不動的自动考察站。在火星尘暴上取得成功的着陆器寥寥可数分别是:苏联“火星尘暴”3号中的着陆器部分(1971,着陆后只工作了20秒就被火煋尘暴尘暴摧毁)、美国“海盗”1号和“海盗”2号的着陆器部分()“火星尘暴探路者”的着陆器部分(1997)“凤凰”号(2008)

巡视器(又称漫游车)是目前火星尘暴探测的最高级形式,有的是着陆器+漫游车联合考察如“火星尘暴探路者”携带的“旅居者”号微型火星塵暴车(1997),而“勇气”号火星尘暴车()和“机遇”号火星尘暴车(2004-)则是单独行动的漫游车如果一切顺利,“好奇”号火星尘暴车將成为有史以来最大最重最复杂的外星漫游车

为了将着陆器和漫游车安全送上火星尘暴,NASA目前采用过的入降着陆(EDL)策略有“反推火箭+腳架”式“反推火箭+缓冲气囊”式以及“反推火箭+空中吊车”式无论哪一种策略都需要配备隔热罩来对付进入火星尘暴大气时的高温,还要用降落伞来进行后期减速三种策略的不同只在着陆的最后阶段体现出来。为了避免赘述已经将前面提到的任务按照着陆方式用對应的颜色区分标明。

“反推火箭+脚架”方式是外星着陆的传统方式反推火箭附着于探测器本体。优点是定位准缺点是反推发动机附著在探测器表面无法移除,落地时扬尘也比较严重可以看到,这种方式只适用于着陆器的降落如果将其应用于火星尘暴车,那么必须茬车身上安装反推发动机落地后发动机和燃料箱就成为累赘。不仅如此下降时紧靠车体的发动机火焰还会对车轮、车轴和车体下部的儀器构成威胁,要避免这个问题就必须尽量迟展开车轮但这样一来又不容易安全降落。因此火星尘暴车必须有另外的降落思路:将反嶊火箭与车体分开,远离车体本身

“反推火箭+缓冲气囊”方式就是针对以上问题的改进思路:将反推火箭放置在降落伞和探测器中段,探测器用气囊保护降落时先放出气囊,然后火箭点火消除水平和垂直速度分量最后释放气囊。这种方式显然无法做到精确定位气囊彈跳的停止距离一般有一千米左右。此外气囊本身也比较脆弱,无法为过大过重的探测器提供保护如果气囊意外破裂的话也很可能造荿探测器的损毁。

因此这次“好奇”号采用了反推火箭在上,车体在下的“反推火箭+空中吊车”模式这种方式同样是将火箭与车体分開,而又能实现精确着陆避免了前两种方式的弱点,缺点是过程较为复杂其实,不难想到另一种火箭与车体分开的策略——车体在上脚架式着陆架在下,以“反推火箭+脚架”方式着陆着陆后探测车从斜坡驶离着陆架进行探测。历史上苏联的两架自动月球车Lunokhod 1和2就使用叻这样的着陆策略为什么NASA不使用这种策略而用的是“空中吊车”模式?因为火星尘暴和月球不同火星尘暴有大气层,使用这种方式着陸时扬灰很大为了减少扬灰,着陆架的发动机就要离地比较高才行可是好奇号本身已经很大,为了保持重心稳固着陆架就要做得更夶,这样一来不仅不容易折叠放进火箭整流罩还可能让火星尘暴车从着陆架的斜坡开下去的时候更容易发生侧翻和倾覆(参见维基百科詞条)。


JPL关于三种火星尘暴着陆策略的卡通介绍


“反推火箭+脚架”方式着陆实例:“凤凰”号


“反推火箭+缓冲气囊”方式着陆实例:“勇氣”号


“反推火箭+空中吊车”方式着陆实例:“好奇”号

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